[发明专利]一种稀土掺杂光纤

说明书

本发明公开了一种稀土掺杂光纤。所述光纤由内至外包括掺杂纤芯、第一石英包层、第二石英包层、以及有机涂料包层；其第二石英包层相对于第一石英包层的数值孔径在0.1至0.24之间；其有机涂料包层相对于第一石英包层的数值孔径大于或等于0.35。所述光纤大幅降低了有机涂料包层的漏光，提高长期工作的可靠性，延长使用寿命。

技术领域

本发明属于光纤激光技术领域，更具体地，涉及一种激光器用稀土掺杂光纤。

背景技术

光纤激光器是一种利用光纤作为激光增益介质的激光器，通过在光纤石英基质中掺杂不同的稀土离子，得到不同波段的激光输出。光纤激光器因具有光束质量高，比表面积大散热好，转换效率高，体积小、结构紧凑，易于维护，已经在工业加工，医疗，军事以及通信等多领域得到广泛应用。

早期使用的都是单包层稀土掺杂光纤，要求泵浦光直接注入到纤芯中，当泵浦功率逐渐增加的时候，通常只有几十μm的纤芯很难进一步提高泵浦光注入效率和功率，在传统的光纤纯石英包层的外面涂覆一定厚度的低折射率涂料，其折射率从1.3到1.4，可以注入更多的多模泵浦光，目前采用该设计方案的双包层光纤，尤其是掺镱双包层光纤，包层直径达400μm以上，更大的达到600μm甚至800μm，可以实现单纤激光输出数千瓦，甚至达万瓦级别。而其他稀土掺杂光纤，如掺铥，铒等双包层光纤也能达到数千瓦的激光输出。

同时这种双包层光纤，通过向包层注入多模泵浦光，在低NA和小尺寸的掺稀土纤芯(通常纤芯大小10μm或者20μm)中转换为模式更好、功率更高的特定波长的激光。为了获得更高的激光转换效率，其石英包层往往采用非圆形的截面，从而破坏对称形，使得更多泵浦光注入纤芯，从而被纤芯吸收转换为需要的激光输出。双包层光线中，以纯石英玻璃为内包层，以掺氟丙烯酸树脂涂料为外包层。由于掺氟丙烯酸树脂涂料具有超低的折射率(折射率在1.3左右)，注入到内包层的泵浦光在内包层与外包层界面处发生全反射。但界面并不是完全的镜面，同时有部分的泵浦光会以倏逝波的形式在掺氟丙烯酸树脂中传播，当经过长时间的激光辐射时，过高的温度、激光辐射以及水汽的侵入都会使得低折射率涂料发生老化，尤其在高功率激光器中，该老化速度将加快。当低折射率涂层发生老化时，其绝对折射率会升高、与玻璃包层的附着力会降低，同时出现剥离脱落、产生微裂纹等情况，影响了光纤的增益性能，严重时会出现漏光，使光纤烧毁，甚至损坏掉光纤激光器的其他器件，包括合束器，泵浦元，隔离器等。

同时，将非对称的光纤预制棒拉制成符合要求的光纤难度较大，现有的技术条件下光纤的几何控制难以控制，尤其是丝径的控制和拉丝张力的测量都出现不稳定性，丝径的波动带来光纤熔接损耗，张力的波动会造成光纤的强度变差、损耗变大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种激光用稀土掺杂光纤，其目的在于通过在石英包层和低折射率的有机涂料包层之间加入折射率较低的石英包层，由此解决目前激光用稀土掺杂光纤涂料容易老化导致激光器寿命较短的问题、同时解决非圆形预制棒拉丝丝径与张力波动导致光纤参数差异较大的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种稀土掺杂光纤，所述光纤由内至外包括掺杂纤芯、第一石英包层、第二石英包层、以及有机涂料包层；

所述第二石英包层相对于第一石英包层的数值孔径在0.1至0.24之间；

所述有机涂料包层相对于第一石英包层的数值孔径大于或等于0.35。

优选地，所述稀土掺杂光纤，其掺杂纤芯和所述第一石英包层的截面面积比在1:6-1600之间。

优选地，所述稀土掺杂光纤，其第一石英包层和所述第二石英包层的截面面积比在3-50:1之间。

优选地，所述稀土掺杂光纤，其第二石英包层为掺氟石英层。

优选地，所述稀土掺杂光纤，其第二石英包层截面外形呈圆形，且与所述掺杂纤芯呈几何同心。